DE10105878A1

DE10105878A1 - Vorrichtung zur Substratbehandlung mittels Laserstrahlung

Info

Publication number: DE10105878A1
Application number: DE10105878A
Authority: DE
Inventors: Helmut Paul
Original assignee: MLT Micro Laser Tech GmbH
Current assignee: MLT Micro Laser Tech GmbH
Priority date: 2001-02-09
Filing date: 2001-02-09
Publication date: 2002-09-12
Also published as: DE50200812D1; EP1358036B1; ATE273103T1; WO2002064302A1; EP1358036A1

Abstract

Eine Vorrichtung zur Substratbehandlung mittels Laserstrahlung umfaßt einen Drehspiegel oder dergleichen, durch den ein einfallender Laserstrahl reflektiert wird und über eine Anordnung von nebeneinander liegenden Sammellinsen schwenkbar ist, die in einem ihrer Brennweite entsprechenden Abstand vom Substrat angeordnet sind. In wenigstens einem der zwischen dem Drehspiegel und den Sammellinsen gebildeten Strahlpfade ist ein opto-mechanischer Schalter und/oder Variator vorgesehen, durch den der betreffende Strahlpfad unterbrechbar bzw. die Position des betreffenden Fokus auf dem Substrat variierbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Substratbehandlung mittels Laserstrahlung, mit einem Drehspiegel oder dergleichen, durch den ein einfallender Laserstrahl reflektiert wird und über eine Anordnung von ne beneinander liegenden Sammellinsen schwenkbar ist, die in einem ihrer Brennweite entsprechenden Abstand vom Substrat angeordnet sind.

Eine derartige Vorrichtung wird insbesondere zum Bearbeiten von bei spielsweise bandförmigen Materialien mittels Laserstrahlung verwendet, wobei das Laserlicht in mehrere quasi-simultane Bearbeitungsstellen auf geteilt und gleichzeitig aus dem Dauerlicht des Lasers kurze Pulse sehr hoher Frequenz erzeugt werden. Die hohe Pulswiederholungsrate resul tiert in entsprechend hohen Bearbeitungsgeschwindigkeiten.

Trotz des Einsatzes weniger oder lediglich eines einzelnen Lasers ist eine nahezu gleichzeitige Beaufschlagung des Substrats in mehreren Zielge bieten möglich. Die Anwendung mehrerer Laser verbietet sich in der Regel aus Kosten- und Platzgründen. Ein Strahlaufteilung durch sogenannte Strahlteiler wären insoweit nachteilig, als die resultierenden Teilstrahlen eine entsprechend geringere Intensität aufweisen würden, die für be stimmte Bearbeitungsverfahren nicht ausreichend ist. Überdies würden die Teilstrahlen auch eine wechselnde, d. h. jedenfalls unterschiedliche Intensität und/oder räumliche Intensitätsverteilung aufweisen. So ist bei Strahlteilern häufig die unterschiedliche Beeinflussung des Strahlprofiles das Hauptproblem, insbesondere bei Verschmutzung (Strahlgeometrie).

Beispielsweise bei der Perforierung von Papier mittels Laserlichtstrahlen ist es zur Erzielung einer gleichmäßigen Lochgröße und Güte unbedingt erforderlich, eine bestimmte, relativ hohe und gleichbleibende Intensität des die Perforation durchführenden Laserlichtstrahls sicherzustellen. Eine Strahlteilung wäre somit auch hier wieder ungünstig.

Vorrichtungen der eingangs genannten Art (vgl. z. B. DE-C-29 18 283) wer den insbesondere zur Perforation von dünnen Papieren wie beispielsweise Zigarettenmundstückpapier verwendet. Dabei erzeugt die Vorrichtung pro Bearbeitungskopf jeweils eine Spur von kleinen Löchern, wobei das Dau erlicht des Lasers mit Hilfe eines optischen Multiplexers in gepulste Ein zelstrahlen zerhackt wird. Jeder fokussierte Laserpuls verdampft schlag artig das dünne Material und erzeugt somit ein Loch mit einem üblichen Durchmesser von beispielsweise etwa 60 bis etwa 150 µm. Eine betreffen de Vorrichtung kann z. B. 16 Bearbeitungsköpfe aufweisen und somit Pa pier mit beispielsweise vier Perforationszonen mit jeweils vier Lochreihen und einer dazu passenden Breite von etwa 150 mm bei mehreren 100 m/min Bahngeschwindigkeit perforieren. Die Perforation ist demnach auf wenige Zonen quer zur Bahn konzentriert und in Längsrichtung sehr dicht angeordnet.

In den letzten Jahren entstand ein Bedarf an einer Perforation von Ver packungsfolien mit praktisch den gleichen Lochdurchmessern, jedoch stark veränderter Anordnung und Verteilung der Löcher. So werden für die Perforation von Verpackungsmaterialien wie z. B. Kunststoffolien we sentlich kleinere Lochdichten, also vielfach größere Lochabstände benö tigt. Dabei sollen die Bahngeschwindigkeit und die Energie pro Loch zu mindest im wesentlichen unverändert bleiben. Die geringeren Lochdichten dienen einer höheren Reißfestigkeit und einer geringeren Durchlässigkeit.

Beispielsweise bei der aus der DE-C-29 18 283 bekannten Vorrichtung könnte man die gewünschten großen Lochabstände zwar mit niedrigen Spiegeldrehzahlen erreichen. Die jeweiligen Pulsenergien wären dann je doch viel zu hoch, um noch ein sauberes Loch zu erzielen. Um hier gegen zusteuern, müßte man die Ausgangsleistung an den Lasern reduzieren, was jedoch nicht oder nicht in dem erforderlichen Umfang möglich ist. Ei ne Vergrößerung des Lochabstands durch Erhöhung der Bahngeschwin digkeit des bahnförmigen Materials der zu perforierenden Bahn ist derzeit nicht ohne weiteres beherrschbar, da Geschwindigkeiten von mehreren 1000 m/min erforderlich wären.

Ein Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die insbesondere sowohl die Erzeugung von an beliebiger Stelle und entsprechend einer einstellbaren, beliebigen Dauer unterbro chenen Perforationszonen als auch eine gleichmäßigere Verteilung der Perforationen ermöglicht. Überdies soll insbesondere auch die Erzeugung von Perforationsmustern mit einem größerem Lochabstand zumindest im wesentlichen ohne Änderung der Bahngeschwindigkeit und der Energie pro Loch möglich sein. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, erforderli chenfalls das visuelle Erscheinungsbild der Perforation ohne wesentliche Änderung der technischen Eigenschaften ändern zu können, d. h. bei bestimmten Anwendungen die Sichtbarkeit bzw. Unsichtbarkeit der Perfora tion entsprechend beeinflussen zu können.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß in wenigstens einem der zwischen dem Drehspiegel und den Sammellinsen gebildeten Strahlpfade ein opto-mechanischer Schalter und/oder Variator vorgese hen ist, durch den der betreffende Strahlpfad unterbrechbar bzw. die Po sition des betreffenden Fokus auf dem Substrat variierbar ist.

Aufgrund dieser Ausbildung ist es nicht nur möglich, die jeweiligen Perfo rationszonen an beliebiger Stelle beliebig lange zu unterbrechen. Es ist auch eine gleichmäßigere Verteilung der Perforationen möglich. Die Perfo rationsmuster können mit einem größeren Lochabstand als bisher erzeugt werden, ohne daß dazu die Bahngeschwindigkeit und die Energie pro Loch wesentlich verändert werden muß. Während die Perforationsspuren bisher prinzipiell in Reihen mit geringem Lochabstand von typisch 0,5 bis 1 mm angeordnet waren, sind nunmehr beliebig größere Abstände möglich, wo bei der Lochabstand insbesondere variabel vergrößert werden kann. Alter nativ oder zusätzlich besteht die Möglichkeit, eine insbesondere beliebig einstellbare Unordnung des Perforationsmusters, d. h. insbesondere eine Art "Chaos-Perforation" zu erzeugen, bei der sich anstelle einer jeweiligen geraden Perforationsspur eine insbesondere frei programmierbare "zittrige" oder "tänzelnde" Einzelspur ergibt.

Bei einer zweckmäßigen praktischen Ausführungsform der erfindungsge mäßen Vorrichtung ist in jedem zwischen dem Drehspiegel und den Sammellinsen gebildeten Strahlpfad jeweils ein opto-mechanischer Schalter bzw. Variator vorgesehen. Damit ist jeder dieser Strahlpfade in der jeweils gewünschten Weise beeinflußbar.

Von Vorteil ist auch, wenn der einfallende Laserstrahl durch eine Linse auf den Drehspiegel fokussiert wird, zwischen dem Drehspiegel und der Anordnung von in einem ihrer Brennweite entsprechenden Abstand vom Substrat angeordneten nebeneinander liegenden Sammellinsen eine weite re Anordnung von nebeneinander liegenden Sammellinsen vorgesehen ist, die in einem ihrer Brennweite entsprechenden Abstand zum Drehspiegel angeordnet sind, und ein jeweiliger opto-mechanischer Schalter bzw. Va riator zwischen den beiden Anordnungen von nebeneinander liegenden Sammellinsen angeordnet ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrich tung ist der opto-mechanische Schalter bzw. Variator im Zwischenfokus eines teleskopartigen Linsensystems angeordnet.

Als Drehspiegel kann insbesondere ein Polygon-Drehspiegel vorgesehen sein. Mit einem solchen Polygon-Drehspiegel mit entsprechend vielen Fa cetten und hoher Drehzahl können relativ hohe Frequenzen erreicht wer den, so daß beispielsweise beim Einsatz der Vorrichtung zur Perforation von Zigarettenpapier der die Geschwindigkeit bestimmende Schritt nicht mehr die Perforationsfrequenz, sondern die technisch realisierbare Papier vorschubgeschwindigkeit ist. Es ist lediglich ein einziges drehendes Teil, nämlich der Polygon-Drehspiegel, erforderlich, um die hohen Zerhac kungsfrequenzen zu erreichen.

Die Linsen, zwischen denen der Drehspiegel liegt, können z. B. sphärische und/oder zylindrische Sammellinsen sein. Dabei besitzen sphärische Lin sen den Vorteil, daß die benötigte Reflexionsfläche/-breite auf dem Poly gon und damit das Gewicht und entsprechend die Massenträgheit klein gehalten werden können.

Dem opto-mechanischen Schalter ist vorzugsweise eine insbesondere frei programmierbare Ansteuerelektronik zugeordnet, über die die Unterbre chungszeiten und/oder -zeitdauern bzw. die Positionen des betreffenden Fokus auf dem Substrat variabel einstellbar sind. Das Laserlicht und ent sprechend die Perforation kann somit stufenlos und frei elektronisch pro grammierbar beeinflußt werden. Im Fall einer gezielten Unterbrechung sind das Ergebnis z. B. einzelne Löcher, deren Abstand ein Vielfaches des bisher üblichen Lochabstandes (z. B. das Zehnfache oder Einhundertfa che) betragen kann. Es kann jedoch nach wie vor z. B. auch eine Perfora tion von unverändert hoher Lochdichte erzeugt werden. Es besteht jedoch jederzeit die Möglichkeit, die jeweiligen Strahlpfade zu beliebigen Zeit punkten jeweils beliebig lange zu unterbrechen. Zum Ausgleich des me chanischen Versatzes der einzelnen Fokussieroptiken über dem Substrat muß es möglich sein, jede Einzelspur der Perforation entsprechend zeit versetzt zu unterbrechen beziehungsweise anzusteuern.

Vorzugsweise ist die Ansteuerelektronik mit dem Substrattransport, d. h. z. B. dem Transport der betreffenden Materialbahn, synchronisierbar. Al ternativ oder zusätzlich kann sie auch mit der Frequenz des Drehspiegels bzw. Polygon-Drehspiegels synchronisierbar sein.

Bei einer zweckmäßigen praktischen Ausführungsform ist der opto- mechanische Schalter bzw. Variator durch ein Galvanometer antreibbar.

Der opto-mechanische Schalter kann beispielsweise einen zur Unterbre chung des betreffenden Strahlpfades in den Strahlpfad schwenkbaren Re flektor umfassen. Bei nicht in den Strahlpfad verschwenktem Reflektor wird der Laserlichtstrahl durchgelassen (transmissive Lösung). Ein we sentlicher Vorteil einer solchen Ausführungsform liegt darin, daß der transmittierte, d. h. der zur Bearbeitung verwendete Strahl nicht durch thermische oder andere eventuelle Unzulänglichkeiten des opto- mechanischen Schalters bzw. Reflektors beeinflußt werden kann.

Der opto-mechanische Schalter bzw. Variator kann jedoch beispielsweise auch einen drehbaren Facettenspiegel oder einen drehbaren Prismenspie gel umfassen. Ein Vorteil dieser reflektiven Ausführung liegt in der gut beherrschbaren optischen Kante. Die Facettenkante ist angesichts flache rer Winkel deutlich unkritischer. Wie bei der transmissiven Ausführung erhält man auch hier wieder einen relativ kompakten Aufbau. Die infolge der Restabsorption vorhandene optische Dauerbelastung fällt praktisch nicht ins Gewicht, da davon ausgegangen werden kann, daß die Mehrzahl der Pulse unterdrückt, d. h. abgelenkt und vernichtet werden muß.

Auch hier ist es beispielsweise möglich, durch eine Verwendung von Zy linderlinsen einen Linien-Zwischenfokus zu erzeugen. Grundsätzlich sind jedoch auch in diesem Fall insbesondere auch wieder sphärische Linsen verwendbar.

In bestimmten Fällen kann es auch von Vorteil sein, wenn der opto- mechanische Schalter bzw. Variator einen kontinuierlich antreibbaren Drehspiegel umfaßt. Dabei kann bei festem Tastverhältnis die Frequenz frei programmierbar sein. Der Antrieb dieses Drehspiegels kann mit dem zuvor erwähnten, als optischer Multiplexer dienenden Drehspiegel syn chronisiert sein.

Ein jeweiliger opto-mechanischer Variator ist vorzugsweise so ansteuerbar ist, daß sich die Position des betreffenden Fokus auf dem Substrat von Laserpuls zu Laserpuls ändert.

In bestimmten Fällen kann es auch von Vorteil sein, wenn in wenigstens zwei einander benachbarten Strahlpfaden jeweils ein opto-mechanischer Variator vorgesehen ist und die opto-mechanischen Variatoren so ansteu erbar sind, daß die beiden betreffenden Behandlungsspuren, vorzugsweise Perforationsspuren, auf dem Substrat ineinander laufen.

Insbesondere die zuvor erwähnten reflektiven Varianten, bei denen der Laserstrahl durch ein jeweiliges opto-mechanisches Element in den be treffenden Stahlenpfad reflektiert wird, ermöglichen es auch, eine insbe sondere beliebig einstellbare "Unordnung" des Perforationsmusters, d. h. insbesondere eine Art "Chaos-Perforation", zu erzeugen. In bestimmten Fällen, z. B. zur Erzeugung einer visuellen Unordnung im Perforationsmu ster, die beispielsweise der "Unsichtbarmachung" dienen kann, ist es zweckmäßig, bei einer jeweiligen reflektiven Ausführungsvariante die Win kelauslenkung von Laserimpuls zu Laserimpuls unterschiedlich zu wäh len. Damit ergibt sich anstelle einer geraden Perforationsspur eine frei programmierbare "zittrige" oder "tänzelnde" Einzelspur. In der Summe von zwei oder mehreren programmierbaren "tänzelnden" Perforationsspuren innerhalb einer Zone kann somit eine chaotisch aussehende Verteilung erzeugt werden, was die Unsichtbarkeit für bestimmte Perforationen deut lich verbessert. Die Lochqualität und -dichte über eine gewisse Fläche er zielt man im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren mit dem gleichen Wirkungsgrad.

Um einen praktikablen Winkelbereich ohne Abschattung und Leistungs verlust zu erhalten, sollte der opto-mechanische Schalter bzw. Variator oder "Wackelspiegel" nahe an der den Laserstrahl auf das Substrat fokus sierenden Linsenanordnung angeordnet sein.

Zur Absorption eines jeweiligen vom opto-mechanischen Schalter reflek tierten Laserstrahls kann ein Strahlabsorber vorgesehen sein.

Zwischen den beiden Anordnungen von nebeneinander liegenden Sam mellinsen können Umlenkspiegel angeordnet sein.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen un ter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert; in dieser zeigen:

Fig. 1 eine schematische, vereinfachte Darstellung einer Vorrichtung zur Substratbehandlung mittels Laserstrahlung,

Fig. 2 eine schematische Teildarstellung einer Ausführungsform der Vor richtung mit im Bereich des Zwischenfokus eines teleskopartigen Linsensystems angeordnetem opto-mechanischem Schalter,

Fig. 3 eine schematische Teildarstellung einer Ausführungsform der Vor richtung mit einem einen Facettenspiegel umfassenden opto- mechanischen Schalter,

Fig. 4 eine schematische Teildarstellung einer Ausführungsform der Vor richtung mit einem als opto-mechanischer Schalter dienenden kontinuierlich antreibbaren Drehspiegel,

Fig. 5 eine schematische Teildarstellung einer Ausführungsform der Vor richtung mit einem einen Facettenspiegel umfassenden opto- mechanischen Variator, mit dem die Position eines betreffenden Fokus auf dem Substrat variierbar ist,

Fig. 6 eine schematische Teildarstellung einer Ausführungsform der Vor richtung mit einem als opto-mechanischer Variator dienenden kontinuierlich antreibbaren Polygon-Drehspiegel, mit dem die Po sition eines betreffenden Fokus auf dem Substrat variierbar ist, und

Fig. 7a bis 7d Beispiele unterschiedlicher, mittels der Vorrichtung erzeugbarer Perforationsarten.

Fig. 1 zeigt in schematischer, vereinfachter Darstellung eine Vorrichtung zur Behandlung eines Substrats 10, hier einer in Transportrichtung L be wegten Materialbahn wie beispielsweise einer Verpackungsfolie oder einer Papierbahn, mittels Laserstrahlung.

Dabei durchläuft der von einem Laser 12 kommende Lichtstrahl eine Ein tritts- oder Sammellinse 14, deren Brennpunkt beziehungsweise Strich ebene auf einer Fläche eines im Strahlengang hinter der Sammellinse 14 angeordneten Polygon-Drehspiegels 16 liegt.

Der in der Fig. 1 dargestellte Polygon-Drehspiegel 16 weist beispielsweise sechs Facetten auf. Grundsätzlich ist jedoch auch eine andere Anzahl von Facetten möglich. Sie hängt für eine vorgegebene Zerhackungsfrequenz auch von der mit dem Polygon-Drehspiegel 16 erreichbaren Drehzahl ab. So verwendet man in der Praxis bei gleichem Polygondurchmesser ver schiedene Facetten-Anzahlen und die gleiche maximale Drehzahl. Ein wichtiges Kriterium bei der Wahl der Facetten bzw. Facetten-Anzahl ist der gewünschte Fächerwinkel, d. h. die gewünschte Einzelstrahl-Anzahl, die gleich der Anzahl von Perforationsspuren ist.

Bei sich drehendem Polygon-Drehspiegel 16 wird der einfallende, reflek tierte Licht- bzw. Laserstrahl über eine Anordnung 18 von nebeneinander liegenden Kollimator- oder Sammellinsen 18 ₁-18 _n verschwenkt. Trifft der einfallende Laserstrahl auf die nächste Facette des Polygon-Drehspiegels 16, so springt der reflektierte Strahl zurück und überstreicht von neuem den betreffenden, die Sammellinsen 18 ₁-18 _n umfassenden Winkelbereich.

Die eine gleich Brennweite aufweisenden Sammellinsen 18 ₁-18 _n sind so angeordnet, daß ihr Brennpunkt beziehungsweise ihre Brennebene mit dem Brennpunkt beziehungsweise der Brennebene der Sammellinse 14 auf dem Polygon-Drehspiegel 16 ungefähr oder genau zusammenfällt. Das die Sammellinsen 18 ₁-18 _n verlassende Licht ist daher wieder annähernd parallel gerichtet.

Die Sammellinse 14 und die Sammellinsen 18 ₁-18 _n können beispielswei se als sphärische und/oder zylindrische Linsen vorgesehen sein.

Die die Linsenanordnung 18 verlassenden Lichtstrahlen werden beim vor liegenden Ausführungsbeispiel über Umlenkspiegel 20, 22 auf eine An ordnung von nebeneinander liegenden Fokussier- oder Sammellinsen 24₁ -24_n gerichtet, die in einem ungefähr ihrer Brennweite entsprechenden Abstand vom Substrat 10 angeordnet sind. Dabei umfaßt diese Linsenan ordnung 24 vorzugsweise sphärische Sammellinsen 24 ₁-24 _n, die die auf sie auftreffenden parallelen Lichtstrahlen auf das im Strahlengang hinter dem Linsensystem 24 liegende Substrat 10 fokussieren. Die Größe der Einzellinsen 24 ₁-24 _n des Linsensystems 24 entspricht vorzugsweise der Größe der Einzellinsen 18 ₁-18 _n des Linsensystems 18, so daß jedem Lin senabschnitt der Linsen 18 ₁-18 _n ein entsprechender Abschnitt der Lin sen 24_1-24_n zugeordnet ist.

In wenigstens einem der zwischen den beiden Linsenanordnungen 18, 22 gebildeten Strahlpfade ist ein opto-mechanischer Schalter 26 vorgesehen, durch den der betreffende Strahlpfad unterbrechbar ist. In der Fig. 1 ist lediglich der Einfachheit halber nur ein solcher opto-mechanischer Schalter 26 angedeutet. Grundsätzlich kann auch in mehreren Strahlpfaden jeweils ein solcher opto-mechanischer Schalter 26 vorgesehen sein. Vorzugsweise ist in jedem zwischen dem Polygon-Drehspiegel 16 und der Linsenanordnung 24 gebildeten Strahlpfaden jeweils ein solcher opto- mechanischer Schalter 26 angeordnet.

Wie sich insbesondere auch aus den Fig. 1 bis 4 ergibt, kann der opto- mechanische Schalter 26 insbesondere im Bereich des Zwischenfokus ei nes durch zwei Linsenanordnungen 28, 30 gebildeten teleskopartigen Lin sensystems angeordnet sein.

Dem beziehungsweise den opto-mechanischen Schaltern 26 ist vorzugs weise eine insbesondere frei programmierbare Ansteuerelektronik 32 zu geordnet, über die die Unterbrechungszeiten und/oder -zeitdauern varia bel einstellbar sind. Diese Ansteuerelektronik 32 ist zweckmäßigerweise mit dem Substrattransport synchronisierbar. Alternativ kann sie auch mit der Frequenz des Drehspiegels bzw. Polygon-Drehspiegels synchronisier bar sein.

Wie sich insbesondere auch anhand der Fig. 2 und 3 ergibt, kann der op to-mechanische Schalter beispielsweise durch ein Galvanometer 34 an treibbar sein.

Fig. 2 zeigt in schematischer Teildarstellung eine Ausführungsform der Vorrichtung mit einem im Bereich des Zwischenfokus eines teleskoparti gen Linsensystems 28, 30 angeordneten, über ein Galvanometer 34 ange triebenen opto-mechanischen Schalter 26, der durch einen zur Unterbre chung des betreffenden Strahlpfades in den Strahlpfad schwenkbaren Re flektor umfaßt. Bei geschlossenem opto-mechanischem Schalter 26 wird der Laserstrahl zu einem Strahlabsorber 36 reflektiert. Ist der z. B. durch eine Reflektionsplatte gebildete Reflektor aus dem Strahlpfad herausge schwenkt, so kann der Laserstrahl frei passieren (transmissive Lösung).

Fig. 3 zeigt in schematischer Teildarstellung eine Ausführungsform der Vorrichtung mit einem im Bereich des Zwischenfokus eines teleskoparti gen Linsensystems 28, 30 angeordneten, durch einen Facettenspiegel ge bildeten opto-mechanischen Schalter 26. Auch dieser Facettenspiegel ist wieder über ein schnelles Galvanometer 34 antreibbar. Je nach der jewei ligen Stellung des opto-mechanischen Schalters beziehungsweise Facet tenspiegels wird der Laserstrahl zur Linsenanordnung 30 oder zu einem Strahlabsorber 36 reflektiert. Grundsätzlich kann auch ein Prismenspiegel eingesetzt werden.

Auch den opto-mechanischen Schaltern 34 der beiden in den Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen kann jeweils wieder eine insbesondere frei programmierbare Ansteuerelektronik 32 zugeordnet sein.

Fig. 4 zeigt in schematischer Teildarstellung eine Ausführungsform der Vorrichtung mit einem als opto-mechanischer Schalter 26 dienenden, kontinuierlich antreibbaren Drehspiegel mit festem Tastverhältnis oder diskontinuierlich antreibbaren Drehspiegel bei z. B. wieder über eine An steuerelektronik 32 (vgl. Fig. 1) frei programmierbarer Frequenz. Auch dieser durch einen Drehspiegel gebildete opto-mechanische Schalter 26 ist wieder im Bereich des Zwischenfokus eines durch zwei Linsenanordnun gen 28, 30 gebildeten teleskopartigen Linsensystems 28, 30 angeordnet.

Je nach Drehstellung des opto-mechanischen Schalters beziehungsweise Drehspiegels 26 wird der von der Linsenanordnung 28 kommende Laser strahl entweder zur Linsenanordnung 30 oder zu einem Strahlabsorber 36 reflektiert. Auch hier liegt somit wieder eine reflektive Lösung vor.

Der dem opto-mechanischen Schalter 26 zugeordnete Antrieb 38, insbe sondere ein kontinuierlich oder diskontinuierlich drehender Elektromotor, ist vorzugsweise mit dem als optischer Multiplexer dienenden Polygon- Drehspiegels 16 synchronisiert.

Wie beispielsweise anhand der Fig. 1 zu erkennen ist, kann z. B. eine in Transportrichtung L bewegte Materialbahn 10 (Substrat) mit quer zur Transportrichtung L der Bahn liegenden Reihen kleiner Löcher 38 perfo riert werden. Die Zerhackungsfrequenz kann über die Anzahl der Facetten des Polygon-Drehspiegels 16 und dessen Drehzahl nahezu beliebig einge stellt werden. Über den bzw. die opto-mechanischen Schalter 26 kann ei ne jeweilige Perforationszone auf der Materialbahn 10 an einer beliebigen Stelle und mit einstellbarer, beliebiger Dauer unterbrochen werden. Dabei ist insbesondere eine stufenlose und frei elektronisch programmierbare Unterbrechung des Laserlichts und eine entsprechende Perforation mög lich. Aufgrund des mechanischen Versatzes der einzelnen Fokussieropti ken kann jede Einzelspur der Perforation entsprechend zeitversetzt unter brochen beziehungsweise angesteuert werden können. Durch eine ent sprechende Synchronisation mit dem Bahntransport und einem entspre chenden Zeitversatz pro Bearbeitungskopf kann insbesondere eine quasi- parallele, d. h. unterbrochene Perforation erzeugt werden.

Mit den in den Fig. 3 und 4 dargestellten reflektiven Varianten ist es grundsätzlich auch möglich, eine insbesondere beliebig einstellbare "Unordnung" des Perforationsmusters, d. h. z. B. eine Art "Chaos- Perforation", zu erzeugen. Dazu kann das jeweilige opto-mechanische Element 26 zusätzlich (oder alternativ) als Variator eingesetzt werden, durch den die Position des betreffenden Fokus auf dem Substrat 10 für die jeweilige Perforationsspur variierbar ist (vgl. die Fig. 5 und 6).

Fig. 5 zeigt in schematischer Teildarstellung eine mit der der Fig. 3 ver gleichbare Ausführungsform der Vorrichtung mit einem einen Facetten spiegel oder Prisma umfassenden, über ein Galvanometer 34 antreibbaren opto-mechanischen Element 26, das hier jedoch zusätzlich als Variator dient, mit dem die Position des Fokus für die betreffende Perforationsspur auf dem Substrat 10 variierbar ist. Dazu sind über die betreffende An steuerelektronik 32 (vgl. auch Fig. 1) zusätzlich kleine Winkelauslen kungen von Laserimpuls zu Laserimpuls frei programmierbar. Wie durch die Pfeile angedeutet kann dabei z. B. ein relativ kleiner Schwenkbereich von beispielsweise etwa 1° abgedeckt werden. Hinter der betreffenden Lin se 24 _i der Linsenanordnung 24 ergeben sich entsprechend unterschiedlich positionierte Foki bzw. Behandlungsstellen.

Es ist somit insbesondere auch möglich, z. B. zur Erzeugung einer visuel len Unordnung im Perforationsmuster, die beispielsweise der "Unsichtbar machung" dienen kann, bei einer jeweiligen reflektiven Ausführungsvari ante die Winkelauslenkung von Laserimpuls zu Laserimpuls unterschied lich zu wählen. Insbesondere mit einer entsprechend frei programmierba ren Ansteuerelektronik (vgl. auch Fig. 1) kann demnach anstelle einer geraden Perforationsspur beispielsweise eine "zittrige" oder "tänzelnde" Einzelspur erzeugt werden. In der Summe von zwei oder mehreren pro grammierbaren "tänzelnden" Perforationsspuren innerhalb einer Zone kann somit eine chaotisch aussehende Verteilung erzeugt werden, was die Unsichtbarkeit für bestimmte Perforationen deutlich verbessert.

Fig. 6 zeigt in schematischer Teildarstellung eine der der Fig. 4 vergleich bare Ausführungsform der Vorrichtung mit einem einen Polygon- Drehspiegel umfassenden, über einen Elektromotor 38 kontinuierlich oder diskontinuierlich antreibbaren opto-mechanischen Element 26, das je doch auch hier wieder zusätzlich als Variator dient, mit dem die Position des Fokus für die betreffende Perforationsspur auf dem Substrat 10 vari ierbar ist. Der Polygon-Drehspiegel 26 sollte im Vergleich zur Ausführung gemäß Fig. 4 eine wesentlich höhere Anzahl von Facetten aufweisen.

Während die in der Fig. 5 dargestellte Ausführungsform aus Prisma und Galvanometer hinsichtlich der Wahl der jeweiligen Abweichungen der Fo kusposition relativ variabel, jedoch relativ langsam ist, kann die eher schnellere Ausführungsform gemäß Fig. 6 aus Polygon-Drehspiegel und Elektromotor beispielsweise zur Erzeugung einer insbesondere festen Wobbelbewegung ansteuerbar sein.

Obwohl im Zusammenhang mit den zuvor beschriebenen Ausführungs formen gemäß den Fig. 5 und 6 davon ausgegangen wurde, daß das jeweilige opto-mechanische Element 26 gleichzeitig sowohl als Schalter als auch als Variator vorgesehen ist, ist grundsätzlich auch der Einsatz eines solchen opto-mechanischen Elements 26 lediglich als Variator denkbar. Daß auch ein Einsatz eines solchen opto-mechanischen Elements 26 le diglich als Schalter möglich ist, ergibt sich bereits aus den oben beschrie benen Ausführungsformen gemäß den Fig. 1 bis 4.

Die Fig. 7a bis 7d zeigen Beispiele unterschiedlicher, mittels der Vor richtung erzeugbarer Perforationsarten, wobei in den Fig. 7a bis 7c ledig lich geradlinige Perforationsspuren und in der Fig. 7d sowohl geradlinige als auch "zittrige" oder "tänzelnde" Perforationsspuren dargestellt sind.

So zeigt die Fig. 7a z. B. eine Papierperforation für Zigarettenmund stückpapier, die sich durch eine hohe Lochdichte in Bahnvorschubrich tung L und die Konzentration auf wenige Zonen quer zur Bahn auszeich net.

Die Fig. 7b zeigt eine Perforation von Verpackungsfolien, die sich durch eine niedrige Lochdichte in Bahnvorschubrichtung L sowie eine gleichmä ßigere Verteilung quer zu Bahn auszeichnet.

Die in der Fig. 7c dargestellte unterbrochene Papierperforation für Ziga rettenmundstückpapier zeichnet sich durch eine hohe Lochdichte in Bahnvorschubrichtung L und die Konzentration auf wenige Zonen quer zur Bahn aus.

Die Fig. 7d zeigt eine Papierperforation für Zigarettenmundstückpapier mit verbesserter "Unsichtbarkeit", die sich durch eine hohe Lochdichte in Bahnvorschubrichtung, eine Konzentration auf wenige Zonen quer zur Bahn und eine Zickzack-Anordnung mit chaotisch wirkender Verteilung auszeichnet. Wie der Fig. 7d entnommen werden kann, können benach barte Perforationsspuren mit z. B. zickzackförmig angeordneten Löchern 38' bzw. 38" insbesondere auch ineinander laufen.

Es sind beliebige weitere Perforationsarten möglich.

BEZUGSZEICHENLISTE

10

Substrat, bewegte Materialbahn

12

Laser

14

Eintritts- oder Sammellinse

16

Polygon-Drehspiegel

18

Linsenanordnung

18 ₁

-

18 _n

Sammellinsen

20

Umlenkspiegel

24

Linsenanordnung

24 ₁

-

24 _n

Sammellinsen

26

opto-mechanischer Schalter

28

Linsenanordnung

30

Linsenanordnung

32

Ansteuerelektronik

34

Galvanometer

36

Strahlabsorber

38

Loch

38

' Loch

38

" Loch
L Transportrichtung

Claims

1. Vorrichtung zur Substratbehandlung mittels Laserstrahlung, mit einem Drehspiegel (16) oder dergleichen, durch den ein einfallender Laserstrahl reflektiert wird und über eine Anordnung (24) von ne beneinander liegenden Sammellinsen (24 ₁-24 _n) schwenkbar ist, die in einem ihrer Brennweite entsprechenden Abstand vom Substrat (10) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einem der zwischen dem Drehspiegel (16) und den Sammellinsen (24 ₁-24 _n) gebildeten Strahlpfade ein opto- mechanischer Schalter und/oder Variator (26) vorgesehen ist, durch den der betreffende Strahlpfad unterbrechbar bzw. die Position des betreffenden Fokus auf dem Substrat variierbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem zwischen dem Drehspiegel (16) und den Sammellinsen (24 ₁-24 _n) gebildeten Strahlpfad jeweils ein opto-mechanischer Schalter bzw. Variator (26) vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der einfallende Laserstrahl durch eine Linse (14) auf den Dreh spiegel (16) fokussiert wird, daß zwischen dem Drehspiegel (16) und der Anordnung (24) von in einem ihrer Brennweite entsprechenden Abstand vom Substrat (10) angeordneten nebeneinander liegenden Sammellinsen (24_1-24_n) eine weitere Anordnung (18) von neben einander liegenden Sammellinsen (18 ₁-18 _n) vorgesehen ist, die in einem ihrer Brennweite entsprechenden Abstand vom Drehspiegel (16) angeordnet sind, und daß ein jeweiliger opto-mechanischer Schalter bzw. Variator (26) zwischen den beiden Anordnungen (18, 24) von nebeneinander liegenden Sammellinsen (18₁-18_n bzw. 24₁- 24_n) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der opto-mechanische Schalter bzw. Variator (26) im Bereich des Zwischenfokus eines teleskopartigen Linsensystems (28, 30) an geordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Drehspiegel ein Polygon-Drehspiegel (16) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsen (14, 18 ₁-18 _n), zwischen denen der Drehspiegel (16) liegt, sphärische und/oder zylindrische Sammellinsen sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Anordnungen (18, 24) von nebeneinander liegenden Sammellinsen (18 ₁-18 _n bzw. 24 ₁-24 _n) Umlenkspiegel (20, 22) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem opto-mechanischen Schalter (26) eine insbesondere frei programmierbare Ansteuerelektronik (32) zugeordnet ist, über die die Unterbrechungszeiten und/oder -zeitdauern bzw. die Positionen des betreffenden Fokus auf dem Substrat variabel einstellbar sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerelektronik (32) mit dem Substrattransport syn chronisierbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerelektronik (32) mit der Frequenz des Drehspiegels bzw. Polygon-Drehspiegels (16) synchronisierbar ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der opto-mechanische Schalter bzw. Variator (26) durch ein Galvanometer (34) antreibbar ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der opto-mechanische Schalter (26) einen zur Unterbrechung des betreffenden Strahlpfades in den Strahlpfad schwenkbaren Re flektor umfaßt.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der opto-mechanische Schalter bzw. Variator (26) einen drehba ren Facettenspiegel umfaßt.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der opto-mechanische Schalter bzw. Variator (26) einen drehba ren Prismenspiegel umfaßt.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der opto-mechanische Schalter bzw. Variator (26) einen konti nuierlich oder diskontinuierlich antreibbaren Drehspiegel, insbe sondere Polygon-Drehspiegel, umfaßt.

16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der opto-mechanische Variator (26) so ansteuerbar ist, daß sich die Position des betreffenden Fokus auf dem Substrat von Laserpuls zu Laserpuls ändert.

17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens zwei einander benachbarten Strahlpfaden jeweils ein opto-mechanischer Variator (26) vorgesehen ist und daß die op to-mechanischen Variatoren (26) so ansteuerbar sind, daß die bei den betreffenden Behandlungsspuren, vorzugsweise Perforations spuren, auf dem Substrat (10) ineinander laufen.

18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Absorption eines jeweiligen vom opto-mechanischen Schal ter (26) reflektierten Laserstrahls ein Strahlabsorber vorgesehen ist.